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电磁超声在钢管探伤中的应用

沈阳工业大学学报 2009年第5期31卷 582-586,600页

作者：高松巍李冰邢燕好沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870

为了提高超声波换能器的电-声转换效率与探伤精度,利用直接频率合成技术对电磁超声表面波进行激励,并采用选频放大技术对电磁超声接收信号进行处理.实验分析中通过改变激励信号的强度、频率、脉冲串个数、激发相位,得到电磁超声波激发... 详细信息

为了提高超声波换能器的电-声转换效率与探伤精度,利用直接频率合成技术对电磁超声表面波进行激励,并采用选频放大技术对电磁超声接收信号进行处理.实验分析中通过改变激励信号的强度、频率、脉冲串个数、激发相位,得到电磁超声波激发的最佳条件,所设计的锁相放大电路能将微弱的电磁超声接收信号从强噪声背景中分离,有效改善接收信号的信噪比.实验结果表明,电磁超声检测方法可以实现无接触测量,适用于高温、高速、涂覆状态下的超声检测.

关键词：电磁超声换能器激励电流表面波锁相放大直接数字合成前置放大积分电路

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基于FPGA的漏磁检测系统设计

基于FPGA的漏磁检测系统设计

作者：邢燕好沈阳工业大学

学位级别：硕士

为了提高现有输油管道漏磁检测系统的检测精度以及扩展系统的适用范围,使其适用于天然气输送管道的检测,需要通过减小采样时间间隔和空间间隔的方法,以获得更加完备的漏磁场信息。由此产生的海量数据会超出现有系统的处理能力,因此必须... 详细信息

为了提高现有输油管道漏磁检测系统的检测精度以及扩展系统的适用范围,使其适用于天然气输送管道的检测,需要通过减小采样时间间隔和空间间隔的方法,以获得更加完备的漏磁场信息。由此产生的海量数据会超出现有系统的处理能力,因此必须对现有系统加以改进。 FPGA(Field-Programmable Gate Array现场可编程门阵列)是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件,由于其具有高集成度(单片集成的系统门数达上千万门)、高速(200MHz以上)、在系统可编程等优点,为数字系统的设计带来了突破性变革,大大推动了数字系统设计的单片化、自动化,缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性。在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文以FPGA作为新型管道漏磁检测系统的控制核心,对基于FPGA的管道漏磁检测系统进行了研究与设计,内容包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计包括多通道A/D数据采集电路、FPGA与数据存储的IDE接口电路、FPGA芯片程序配置电路、FPGA与PC串行通讯的RS232接口电路等。软件设计包括数据采集控制模块、数据处理模块和数据存储控制模块,实现多通道A/D数据采集控制、数据压缩、数据的硬盘存储控制等功能。基于FPGA的多通道A/D数据采集控制模块可以完成150个通道的数据采集,采集速度达到500KHz;数据处理模块正确地实现了对相邻组检测数据进行差运算,并对差运算后的数据进行了霍夫曼编码,完成检测数据的无损压缩,压缩比为5:1,从而缓解了海量数据采集与存储的瓶颈问题;数据存储模块,采用PIO数据传输方式,实现检测数据无丢失存储到IDE接口硬盘。实验验证了系统功能的有效性,各部分功能满足设计要求。采用VHDL语言编写程序源代码。

关键词： FPGA IDE接口霍夫曼编码漏磁检测

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电磁超声表面波辐射声场的三维有限元分析

沈阳工业大学学报 2012年第2期34卷 192-197页

作者：高松巍周佳伟杨理践邢燕好沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化... 详细信息

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化关系.通过电磁结构耦合的方法得到被测试件内部及表面不同方向质点的位移变化,分析了在被测试件内部的辐射声场分布,并给出了被测试件表面辐射声场的指向性规律.根据仿真模型搭建了电磁超声探伤平台,实验结果与指向角仿真结果基本吻合.实验结果表明:对电磁超声表面波辐射声场的有限元仿真,为其设计优化、实际探伤范围的确定、接收线圈放置位置,以及收发装置的安装角度提供了依据.

关键词：电磁超声换能器超声表面波有限元辐射声场指向性激励线圈洛伦兹力涡流密度

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电磁超声兰姆波换能器在金属板检测中的优化

沈阳工业大学学报 2014年第5期36卷 537-542页

作者：杨理践邹金津邢燕好沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870

为了提高电磁超声波在金属板中的传播距离,研究了金属板检测中的电磁超声兰姆波换能器的换能机理.通过分析兰姆波在金属板中传播的频散曲线,得出低频率范围内A0、S0模态兰姆波具有远传特性.对兰姆波换能器进行仿真计算,分析了在单极型... 详细信息

为了提高电磁超声波在金属板中的传播距离,研究了金属板检测中的电磁超声兰姆波换能器的换能机理.通过分析兰姆波在金属板中传播的频散曲线,得出低频率范围内A0、S0模态兰姆波具有远传特性.对兰姆波换能器进行仿真计算,分析了在单极型永磁铁和马蹄形磁铁作用下,线圈受到的磁感应强度和洛伦兹力的分布情况,并对马蹄形兰姆波换能器进行了实验研究.结果表明,当激励频率为400 kHz时,S0模态兰姆波得到了有效抑制,使A0模态兰姆波幅值达到最大,传播距离可达18 m;在马蹄形磁铁作用下,兰姆波换能器的有效检测距离是单极型磁铁的1.8倍.

关键词：兰姆波电磁超声换能器长距离检测频散曲线模态洛伦兹力马蹄形磁铁有限元仿真

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基于电磁超声导波的铝板裂纹缺陷检测方法

仪器仪表学报 2018年第4期39卷 150-160页

作者：杨理践邢燕好张佳高松巍沈阳工业大学信息科学与工程学院

针对铝板斜向裂纹缺陷检测问题,提出了一种非对称斜向曲折型线圈电磁超声导波换能器设计结构。通过毕奥萨伐尔定律建立了曲折型线圈及非对称斜向曲折型线圈的等效力磁模型,分析了电磁超声换能机理中洛伦兹力、磁感应强度与主声束传播特... 详细信息

针对铝板斜向裂纹缺陷检测问题,提出了一种非对称斜向曲折型线圈电磁超声导波换能器设计结构。通过毕奥萨伐尔定律建立了曲折型线圈及非对称斜向曲折型线圈的等效力磁模型,分析了电磁超声换能机理中洛伦兹力、磁感应强度与主声束传播特性的关系,实验验证了不同斜向角度的曲折型线圈电磁超声换能器缺陷检测能力。结果表明,斜向曲折型线圈结构电磁超声换能器主声束回波信号呈非对称分布,其主声束方向垂直于换能器线圈工作导线,斜向角度变化可实现电磁超声导波在铝板中的传播方向控制,为铝板中全方位裂纹缺陷检测提供了理论依据与应用基础。

关键词：电磁超声换能器斜向曲折型线圈斜向裂纹缺陷毕奥萨伐尔定律主声束

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电磁超声导波在管道中螺旋向传播的机理研究

仪器仪表学报 2018年第11期39卷 60-69页

作者：杨理践邢燕好张佳高松巍沈阳工业大学信息科学与工程学院

为了实现电磁超声导波对管道中不同方向裂纹缺陷的有效检测,研究了超声导波螺旋向传播的机理,设计了用于管道斜向裂纹缺陷检测的电磁超声螺旋向导波换能器。基于毕奥萨伐尔定律,建立了螺旋向导波换能器等效闭合线圈的数学模型;推导分析... 详细信息

为了实现电磁超声导波对管道中不同方向裂纹缺陷的有效检测,研究了超声导波螺旋向传播的机理,设计了用于管道斜向裂纹缺陷检测的电磁超声螺旋向导波换能器。基于毕奥萨伐尔定律,建立了螺旋向导波换能器等效闭合线圈的数学模型;推导分析了电磁超声螺旋向导波换能器的磁感应强度与螺旋向导波主声束传播方向的关系;实验验证了不同角度的螺旋向导波传播机理与相应的裂纹缺陷检测能力。结果表明,电磁超声螺旋向导波主声束传播方向与线圈工作导线垂直,改变换能器线圈螺旋角度可控制电磁超声导波在管道中的传播方向,线圈螺旋角度不同的换能器可实现管道中不同斜向角度裂纹缺陷检测,为管道全向裂纹缺陷检测提供参考。

关键词：电磁超声螺旋向导波换能器线圈主声束管道裂纹缺陷检测

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电磁超声兰姆波模态能量密度分布特征研究

仪器仪表学报 2015年第11期36卷 2602-2610页

作者：杨理践吕瑞宏刘斌邢燕好沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870

针对钢板中兰姆波传播机理复杂性和多模态特性导致回波信号识别难的问题,建立热力学第一定律求解钢板中能量密度分布模型,对钢板中微体元的力密度、振动位移和能量密度分布的相关性进行理论分析和数值计算。研究了钢板中电磁超声兰姆波... 详细信息

针对钢板中兰姆波传播机理复杂性和多模态特性导致回波信号识别难的问题,建立热力学第一定律求解钢板中能量密度分布模型,对钢板中微体元的力密度、振动位移和能量密度分布的相关性进行理论分析和数值计算。研究了钢板中电磁超声兰姆波模态与能量密度分布的关系,并对能量密度分布特征进行实验研究。结果表明:电磁超声兰姆波频厚积增大,钢板微体元中各兰姆波模态振动位移增大,振动能量增加;通过兰姆波多模态的能量强度、能量速度研究回波信号能量密度分布特征,证明兰姆波多模态具有可量化的能量密度分布特征信息,为基于能量密度的电磁超声兰姆波量化检测提供理论依据。

关键词：电磁超声兰姆波频散曲线能量密度分布模态识别

基于粒子群参数优化的O-VMD数据处理方法研究

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仪器仪表学报 2023年第4期44卷 304-313页

作者：邢燕好于昊张佳桂珺孙盈沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870 中国兵器工业集团航空弹药研究院有限公司哈尔滨150030

针对电磁超声测厚换能器保护提离距过大导致回波信号微弱且信噪比低,难以在时域内直接准确提取渡越时间得到精确厚度值的问题,提出频域内粒子群(PSO)优化变分模态分解(VMD)参数的O-VMD渡越时间提取方法。分别对分解层数和惩罚因子选取... 详细信息

针对电磁超声测厚换能器保护提离距过大导致回波信号微弱且信噪比低,难以在时域内直接准确提取渡越时间得到精确厚度值的问题,提出频域内粒子群(PSO)优化变分模态分解(VMD)参数的O-VMD渡越时间提取方法。分别对分解层数和惩罚因子选取固定参数,及基于峭度与功率谱熵联合适应度函数的PSO算法获取VMD遍历优化参数,进行双次VMD处理,滤除高频及低频噪声;选取能量最大模态进行信号重构,并应用希尔伯特变换获取回波信号时差。在不同提离条件下,对不同厚度铝板检测数据采用O-VMD、经验模态分解(EMD)等方法进行信号对比处理,结果表明,提离距在0~2.1 mm,O-VMD方法最大误差为0.67%,且误差与提离距成正比,为精确获取高提离距测厚数据提供依据。

关键词：电磁超声粒子群参数优化变分模态分解 O-VMD

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电磁超声全向导波换能器辐射控制方法研究

仪器仪表学报 2022年第10期43卷 74-85页

作者：邢燕好王振宇张佳孙盈金香沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870 中国兵器工业集团航空弹药研究院有限公司哈尔滨150030 包头师范学院包头014030

针对传统电磁超声全向导波换能器因导波内、外辐射致使检测回波信号复杂及信噪比低的问题,设计了一种新型电磁超声全向导波换能器(OUT-EMAT)结构,研究了换能器双线圈结构参数、双激励源控制方法,实现了导波辐射强度与方向控制。根据电... 详细信息

针对传统电磁超声全向导波换能器因导波内、外辐射致使检测回波信号复杂及信噪比低的问题,设计了一种新型电磁超声全向导波换能器(OUT-EMAT)结构,研究了换能器双线圈结构参数、双激励源控制方法,实现了导波辐射强度与方向控制。根据电磁超声全向换能器理论,建立波动位移叠加的数学模型,并对设计的OUT-EMAT性能进行仿真计算及实验。研究结果表明:与传统全向EMAT相比,OUT-EMAT内、外辐射导波强度之比由1∶1变为2∶9;其外辐射导波强度增加了100%,内辐射导波强度抑制了55.6%;增强了检测回波信噪比,降低了信号复杂度,提高了裂纹缺陷定位准确度;为有效识别裂纹缺陷提供了一种新方法,对实际工程应用具有指导意义。

关键词： OUT-EMAT 双线圈结构波动位移内、外辐射裂纹缺陷